生物科学正迅速地演变为一门信息科学。最明显的一个例子就是目前正在进行的HGP（humangenomeproject），最终要搞清人类全部基因组的30亿左右碱基对的序列。除了人的遗传信息以外，还有其它生物尤其是模式生物（modelorganism）已经或正在被大规模测序，如大肠杆菌、啤酒酵母、秀丽隐杆线虫以及中国和日本科学家攻关的水稻基因组计划。但单纯知晓生物基因组序列一级结构还远远不够，还必须了解其中基因是怎样组织起来的，每个基因的功能是什么，又是怎样随发育调控和微环境因素的影响而在特定的时空域中展开其表达谱的，即我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学）[1]，涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和生物芯片（Biochip）技术[2]。
一．什么是基因芯片
生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等）将生物分子探针（寡核苷酸片段或基因片段）以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子（如基因）相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交[3]的芯片。
基因芯片的基本原理同芯片技术中杂交测序（sequencingbyhybridization,SBH）。即任何线状的单链DNA或RNA序列均可被分解为一个序列固定、错落而重叠的寡核苷酸，又称亚序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5个8nt亚序列：(1)CTCATATG(2)GCTCATAT(3)AGCTCATA(4)TAGCTCAT(5)TTAGCTCA这5个亚序列依次错开一个碱基而重叠7个碱基。亚序列中A、T、C、G4个碱基自由组合而形成的所有可能的序列共有65536种。假如只考虑完全互补的杂交，那么48个8nt亚序列探针中，仅有上述5个能同靶DNA杂交。可以用人工合成的已知序列的所有可能的n体寡核苷酸探针与一个未知的荧光标记DNA/RNA序列杂交，通过对杂交荧光信号检测，检出所有能与靶DNA杂交的寡核苷酸，从而推出靶DNA中的所有8nt亚序列，最后由计算机对大量荧光信号的谱型（pattern）数据进行分析，重构靶DNA的互补寡核苷酸序列。
二．芯片类型
一般基因芯片按其材质和功能，基本可分为以下几类[4]
(一)元件型微阵列芯片
1生物电子芯片
2凝胶元件微阵列芯片
3药物控释芯片
(二)通道型微阵列芯片
1毛细管电泳芯片
2PCR扩增芯片
3集成DNA分析芯片
4毛细管电层析芯片
(三)生物传感芯片
1光学纤维阵列芯片
2白光干涉谱传感芯片
小鼠基因表达谱芯片(MGEC)附:目前国内基因芯片常见品种.(上海博星公司)芯片品种
芯片点数
MGEC-20S
2000
MGEC-40S
4000
MGEC-80S
8000
芯片型号
LiverC-16S
1626
LiverC-16D
3252
LiverC-9.5NS
954
LiverC-9.5ND
1908
LungC-7.3S
737
LungC-7.3D
1474
人类基因表达谱芯片(HGEC)芯片品种
HGEC-10S
1024
HGEC-10D
2048
HGEC-20S
HGEC-20D
4096
HGEC-40S
HGEC-40D
8192
HGEC-80S
HGEC-80D
16184
三基因芯片的制备
芯片种类较多，制备方法也不尽相同，常见的芯片可分为两大类：一类是原位合成；一种是直接点样。原位合成适用于寡核苷酸；直接点样多用于大片段DNA，有时也用于寡核苷酸，甚至mRNA。原位合成有两种途径。一是光蚀刻法；一是喷印法。光蚀刻法可以合成30nt左右，喷印法可以合成40-50nt，光蚀刻法每步缩合率较低，一般为95%左右，合成30nt产率仅20%；喷印法可达99%以上，合成30nt产率可达74%，从这个意义上说喷印法特异性应比光刻法高。此外，喷印法不需特殊的合成试剂。与原位合成法比较点样法较简单，只需将预先制备好的寡核苷酸或cDNA等样品通过自动点样装置点于经特殊处理的玻璃片或其它材料上即可。
1原位光蚀刻合成[5-7]寡聚核苷酸原位光蚀刻合成技术是由Affymetrix公司开发的，采用的技术原理是在合成碱基单体的5'羟基末端连上一个光敏保护基。合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护，然后一个5'端保护的核苷酸单体连接上去，这个过程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循环中探针数目呈指数增长。某一含n个核苷酸的寡聚核苷酸，通过4×n个化学步骤能合成出4n个可能结构。例如：一个完整的十核苷酸通过32个化学步骤，8个小时可能合成65,536个探针。
另一方法是光导原位合成法。具体方法是在经过处理的载玻片表面铺上一层连接分子（linker），其羟基上加有光敏保护基团，可用光照除去，用特制的光刻掩膜（photolithographicmask）保护不需要合成的部位，而暴露合成部位，在光作用下去除羟基上的保护基团，游离羟基，利用化学反应加上第一个核苷酸，所加核苷酸种类及在芯片上的部位预先设定，所引入的核苷酸带有光敏保护基团，以便下一步合成。然后按上述方法在其它位点加上另外三种核苷酸完成第一位核苷酸的合成，因而N个核苷酸长的芯片需要4N个步骤。每一个独特序列的探针称为一个“feature”，这样的芯片便具有4N个“feature”，包含了全部长度为N的核苷酸序列。这种原位直接合成的方法无须制备处理克隆和PCR产物，但是每轮反应所需设计的光栅则是主要的经费消耗。运用这种方法制作的芯片密度可高达106探针/平方厘米，即探针间隔为5－10μm，但只能制作II型DNA芯片。见图一。
2原位喷印合成芯片原位喷印合成原理与喷墨打印类似，不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装的是四种碱基等液体而不是碳粉。喷印头可在整个芯片上移动并根据芯片上不同位点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯片上特定位置。该技术采用的化学原理与传统的DNA固相合成一致，因此不特殊制备的化学试剂。
3点样法点样法是将合成好的探针、cNDA或基因组DNA通过特定的高速点样机器人直接点在芯片上。点样分子可以是核酸也可以是寡核酸。一些研究者采用人工点样的方法将寡核苷酸分子点样于化学处理后的载玻片上，经一定的化学方法处理非干燥后，寡核苷酸分子即固定于载玻片上，制备好的DNA芯片可置于缓冲液中保存。由于方法费时费力，不适于大规模DNA芯片制作，因而实现自动化点样就显得尤为重要。有的研究者用多聚赖氨酸包被固相支待物玻片，经过分区后用计算机控制的微阵列点样机按照预先设计顺序点上核酸分子，点样量很小，约为5nl。大规模CDNA芯片多采用这种方法，与其寡核苷酸微芯片相比。DNA芯片的潜在优越性是具有更强的亲和势和特异性杂交，但是需要大量制备，纯化，量化，分类PCR产物。有的研究者将玻片上覆盖20μm厚薄层聚丙烯酰胺凝胶作为支持物，采用机械刻写或光刻的方法在其表面划上网格，并用激光照射蒸发掉单元间隙的多余凝胶，以实现DNA芯片分区，单元大小为40×40μm或100×100μm间隔分别为50μm和100μm。然后将化学方法合成的寡核苷酸探针自动化点样于各个单元内而制成DNA芯片，点样速度可达2000单元/秒。
其装置采用的机器人有一套计算机控制三维移动装置、多个打印/喷印针的打印/喷印头；一个减震底座，上面可放内盛探针的多孔板和多个芯片。根据需要还可以有温度和湿度控制装置、针洗涤装置。打印/喷印针将探针从多孔板取出直接打印或喷印于芯片上。直接打印时针头与芯片接触，而在喷印时针头与芯片保持一定距离。打印法的优点是探针密度高，通常1平方厘米可打印2,500个探针。缺点是定量准确性及重现性不好，打印针易堵塞且使用寿命有限。喷印法的优点是定量准确，重现性好，使用寿命长。缺点是喷印的斑点大，因此探针密度低，通常1平方厘米只有400点。国外有多家实验室和公司研究开发打印/喷印设备，目前有一些已经商品化。军事医学科学院和益生堂生物企业公司目前正在联手利用打印/喷印技术进行生物芯片的研究和开发，预计2年内将有用于实验室研究或临床诊断的基因芯片产品问世。见图二。
5三维芯片[11-12]三维芯片是由美国的Packard、摩托罗拉、Argonne国家实验室三家机构与俄罗斯Engelhardt分子生物学研究所合作开发的一种芯片技术。三维生物芯片实质上是一块显微镜载玻片，其上有10,000个微小聚乙烯酰胺凝胶条，每个凝胶条可用于靶DNA，RNA和蛋白质的分析。先把乙知化合物加在凝胶条上，再用3cm长的微型玻璃毛细管将待测样品加到凝胶条上。每个毛细管能把小到0.2nl的体积打到凝胶上。以上几家机构合作研究的生物芯片系统具有其它生物芯片系统不具有的几个优点。一是凝胶的三维化能加进更多的已知物质，增加了敏感性。二是可以在芯片上同时进行扩增与检则。一般情况下，必须在微量多孔板上先进行PCR扩增，再把样品加到芯片上，因此需要进行许多额外操作。本芯片所用凝胶体积很小。使PCR扩增体系的体积减小1,000倍（总体积约纳升级），从而节约了每个反应所用的PCR酶（约减少100倍）。三是以三维构象形式存在的蛋白和基因材料可以其天然状态在凝胶条上分析，可以进行免疫测定，受体-配体研究和蛋白组分析。
四．基因芯片样品制备
一般说来应用DNA芯片进行实验包括5个过程：生物学问题的提出和芯片设计；样品制备；生物杂交反应；结果探测；数据处理和建模。
1．样品制备。一般所需mRNA的量是以一张表达谱芯片需要3μgmRNA计算的
不同组织抽提3－10μgmRNA所需组织量
器官/组织*
提取3μgmRNA所需组织量(克)
提取10μgmRNA所需织量(克)
总RNA得率[单位:毫克RNA/克组织]
mRNA所占百分比[%]
成人正常组织
肝
0.2083
0.6944
1.80-1.80mg/g
0.80
脑
缺数据
1.30-1.30mg/g
肺
0.3000
1.0000
1.00-1.00mg/g
1.00
心
0.5000
1.6667
0.60-0.60mg/g
胃
0.1852
0.6173
2.70-2.70mg/g
0.60
喉
0.3125
1.0417
1.20-1.20mg/g
病理组织
结肠癌
0.2521
0.8403
1.70-1.70mg/g
0.70
胃癌
0.4317
1.4388
0.50-0.50mg/g
1.39
空肠腺癌
0.3571
1.1905
1.40-1.40mg/g
直肠癌
0.1604
0.5348
1.10
肝癌
0.1116
0.3720
3.84-3.84mg/g
肺癌
0.1282
0.4274
2.00-2.00mg/g
1.17
考虑到个体差异以及样品在研磨、匀浆等过程中的损失，客户提供的样品量应在上述基础上增加1-2倍。
2样本采集过程关键点．
组织标本采集操作建议规程,(取标本所需关键器材和处理要求)铝箔
经DEPC水浸泡过夜，78°C烘干，高压灭菌后烘干
1.5ml微离心管15ml聚丙烯离心管
市场有售RNAase-Free的相应规格离心管
标签纸
记号笔
样品登记表
由客户指定专人填写
液氮罐
取材部位的病理切片
由客户提供1-2张
1离体新鲜组织，切成多个1cm3小块，剔除结缔组织和脂肪组织。胃、肠组织应剪除外膜；肝、肾、脾应剪除门部血管神经，肿瘤组织应将周围的正常组织切除干净（正常组织也应将周围的肿瘤组织切除干净）。
2在RNase-Free0.9％生理盐水中漂洗样品，以去除血渍和污物。
3用铝箔包裹组织，或用5ml冻存管装载组织(但最好统一采用铝箔)。用记号笔在铝箔或冻存管外表写明样品编号，并贴上标签，迅速投入液氮冷却。
4填写样品登记表，写明样品名称、种类、编号、取样日期、样品处理情况等
将液氮冷却的组织放入样品袋（每个样品袋只保存同样的组织），袋口留一根编号绳，绳上粘一张标签纸（标签上注明：样品名称、编号、日期），迅速转入便携式液氮罐
5保留1-2张取材部位的病理切片。
五.生物芯片杂交
此外，杂交反应还必须考虑杂交反应体系中盐浓度、探针GC含量和所带电荷、探针与芯片之间连接臂的长度及种类、检测基因的二级结构的影响。有资料显示探针和芯片之间适当长度的连接臂可使杂交效率提高150倍[9]。连接臂上任何正或负电荷都将减少杂交效率。由于探针和检测基因均带负电荷，因此影响他们之间的杂交结合，为此有人提出用不带电荷的肽核酸（PNA）做探针[9]。虽然PNA的制备比较复杂，但与DNA探针比较有许多特点，如不需要盐离子，因此可防止检测基因二级结构的形成及自身复性。由于PNA-DNA结合更加稳定和特异，因此更有利于单碱基错配基因的检测。
六基因芯片检测原理
杂交信号的检测是DNA芯片技术中的重要组成部分。以往的研究中已形成许多种探测分子杂交的方法，如荧光显微镜、隐逝波传感器、光散射表面共振、电化传感器、化学发光、荧光各向异性等等，但并非每种方法都适用于DNA芯片。由于DNA芯片本身的结构及性质，需要确定杂交信号在芯片上的位置，尤其是大规模DNA芯片由于其面积小，密度大，点样量很少，所以杂交信号较弱，需要使用光电倍增管或冷却的电荷偶连照相机(charged-coupleddevicecamera，CCD)摄像机等弱光信号探测装置。此外，大多数DNA芯片杂交信号谱型除了分布位点以外还需要确定每一点上的信号强度，以确定是完全杂交还是不完全杂交，因而探测方法的灵敏度及线性响应也是非常重要的。杂交信号探测系统主要包括杂交信号产生、信号收集及传输和信号处理及成像三个部分组成。
2.．生物素标记方法中的杂交信号探测以生物素（biotin）标记样品的方法由来已久，通常都要联合使用其它大分子与抗生物素的结合物（如结合化学发光底物酶、荧光素等），再利用所结合大分子的特殊性质得到最初的杂交信号，由于所选用的与抗生物素结合的分子种类繁多，因而检测方法也更趋多样化。特别是如果采用尼龙膜作为固相支持物，直接以荧光标记的探针用于DNA芯片杂交将受到很大的限制，因为在尼龙膜上荧光标记信号信噪比较低。因而使用尼龙膜作为固相支持物的这些研究者大多是采用生物素标记的。
目前应用较多的是美国GeneralScanning公司开发的基因芯片专用检测系统(ScanArray3000)，采用激光共聚焦扫描原理进行荧光信号采集，由计算机处理荧光信号，并对每个点的荧光强度数字化后进行分析。近期又开发出了ScanArray5000，其扫描精度和功能有较大的提高。
七结果的分析
八基因芯片的应用
（一）基因表达分析基因芯片具有高度的敏感性和特异性，它可以监测细胞中几个至几千个mRNA拷贝的转录情况。与用单探针分析mRNA的点杂交技术不同，基因芯片表达探针阵列应用了大约20对寡核苷酸探针来监测每一个mRNA的转录情况。每对探针中，包含一个与所要监测的mRNA完全吻合和一个不完全吻合的探针（图2），这两个探针的差别在于其中间位置的核苷酸不同。这种成对的探针可以将非特异性杂交和背景讯号减小到最低的水平，由此我们就可以确定那些低强度的mRNA。目前，Affymetrix公司已经生产出HugeneFL、Mu6500（含有小鼠6500个基因）、Ye6100（含有酵母6100个基因）等基因芯片成品。
正如NIH首脑HaroldVarmus在美国细胞生物学1998年年会上所说：“在基因芯片的帮助下，我们将能够监测一个细胞乃至整个组织中所有基因的行为。”
（二）基因型、基因突变和多态性分析
3感染性疾病的诊断HIV-1基因组中rt与pro在疾病过程中易于发生多种变异，这些变异将导致病毒对多种抗病毒药物包括AZT、ddI、ddC等出现明显抗性，因此检测和分析rt与pro的变异与多态性具有重要的临床意义。Hayward[40]以3648个插入片段建立猎枪微阵列(shotgunmicroarray)，通过差异杂交和DNA测序找到了疟原虫无性和有性生殖阶段基因差异表达，为抗疟药设计提供了线索。可以预测在不久的将来，人们可望在一张DNA芯片上检测几乎所有的病原微生物基因，实现真正意义上的“组合检测（profiletests）”。4耐药菌株和药敏检测据WHO报告，全球每年约有800万结核病患者，有300万人死亡，死亡人数超过了艾滋病和疟疾的总和。主要原因是菌株对不同的药物产生了抗药性（俄国80%TB对一种药物产生抗性；美国50%为多重耐药）。对每例患者进行菌株和药敏鉴定是控制TB的关键。最近，俄美两国科学家开发了具此功能的基因芯片，可使医生及早使用敏感药物。该芯片（TBBiochips）将抗性菌株的单链DNA标记后固定在玻片上，与待检TB株杂交，临床使用未见假阳性，该芯片可清洗后重复使用50次。（四）药物研究中的应用
从经济效益来说，最大的应用领域可能是制药厂用来开发新药。所以已经有多家制药企业介入芯片的开发。如：IncytePharmaaceuticalsInc.，SequanaTherapeutics，MilleniumPharmaceuticalsInc.等。对于寻找新药来说，目标之一是应用芯片可以在基因水平上寻找药物靶标。采用所谓“译码器”策略（Decoderstrategy）来确定药物靶标。从而找到“导向药物”。基因芯片也被用于寻找蛋白激酶抑制物。细菌或肿瘤组织的耐药性也涉及基因改变可以用DNA芯片鉴定。1新药开发高通量的DNA芯片可发现众多的新基因和新的靶分子用于新药的设计。噬菌体展示技术可创造大量蛋白质，目前多用于抗体库的建立和筛选，进而可用于受体-配体相互作用的研究。基因组学、蛋白质组学和生物信息学（bioinformatics）将大大促进制药工业的发展。目前第一个生物分子工程药物Herceptin已用于乳癌的治疗，并获得美国FDA的批准。除肿瘤外，用分子生物工程设计的药物可用于治疗遗传病及代谢疾病、抗衰老、设计新的抗生素和工业用酶等。
同时，有时一种药物的作用是多方面的，基因芯片有助于发现一种药物的新的功能。原先设想的作用是针对某一靶标的，但在全基因或广范围筛选中却发现该药在另一方面有很强的抑制作用，从而开发成另一种新药。
（五）基因芯片中医学领域中的应用
中医学中应用基因芯片技术，还处于初始阶段，目前主要集中以下三个方面：
1中药的研究，具体的方法，同上述药物筛选方法类似。尤其中药中众多成分中有效成分的筛选、有效药物的筛选、中药毒理学过程均被大大简化，将推动中药的迅猛发展。中药学引入基因芯片技术，将大大推动中药研究的国际化进程，为阐明中药作用机理，具有无可估量的重要意义。
（六）其它应用
九国内外基因芯片生产情况
主要DNA芯片高科技术企业的开发善和各自技术特点(1998年)[43]
公司
排阵方法
结果读出
主要方向
Affymetrix(SantaClara,CA)
单片照相平板印刷法在1.25cm2或5.25cm2薄硅片上合成20～25mer寡核苷酸
荧光
表达谱，多态性分析，诊断
Brax(Cambridge,UK)
短合成寡核苷酸，离片合成
质谱仪
表达谱，新基因鉴定，诊断
Hysep(Sunnyvale,CA)
500～2000nt的DNA样品打印在0.6cm2(HyGnostics)或～18cm2(GeneDiscovery)的膜上预制5mer寡核苷酸在玻璃上打印或1.15cm2阵列（HyChip)
放射性同位素
表达谱，新基因鉴定，诊断（HyGnostics/HyChipArray）多态性分析，大规模测序（GeneDiscoveryArray），大样品测序（HyChipArray）
IncytePharmaceuticals(Palo,Alto,CA)
喷墨式打印PCR片段和在片合成
荧光和放射性同位素
MolecularDynamics(Sunnyvale,CA)
笔式捞钱500～5000ntcDNAs于玻璃片上～10cm2`
表达谱，新基因鉴定
Nanogen(SanDiego,CA)
电活性点捕捉预制的～20mer寡核苷酸到≤1cm2硅膜薄片上
诊断短片段串联重复序列鉴定
ProtogeneLaboratories(Palo,Alto,CA)
通过打印表面张力阵列在片合成40～50mer寡核苷酸于9cm2玻璃片上
表达谱，多态性分析
Sequenom(Hamburg,GermanyandSanDiego,CA)
背面蹭脏胶印法阵列；20～25mer
新基因鉴定，侯选基因确证，诊断，作图
Synteri(Fremont,CA)
500～5000ntcDNA打印下于～4cm2玻璃片上
GermanCancerInstiute(Hedelberg,Germany)
用f-moc或t-moc化学在片（原型PNA巨片）合成
荧光/质谱仪
表达谱/诊断
十当前面临的困难
尽管基因芯片技术已经取得了长足的发展，得到人们的瞩目，但仍然存在着许多难以解决的问题，例如技术成本昂贵、复杂、检测灵敏度较低，重复性差、分析泛围较狭窄等问题。这些问题主要表现在样品的制备、探针合成与固定、分子的标记、数据的读取与分析等几个方面。
1样品制备上，当前多数公司在标记和测定前都要对样品进行一定程度的扩增以便提高检测的灵敏度，但仍不少人在尝试绕过该问题，这包括MosaicTechnologies公司的固相PCR扩拉体系以及LynxTherapeutics公司提出大量并行固相克隆方法，两种方法各有优缺点，但目前尚未取得实际应用。
2探针的合成与固定比较复杂，特别是对于制作高密度的探针阵列。使用光导聚合技术每步产率不高（95%），难于保证好的聚合效果。应运而生的其它很多方法，如压电打压、微量喷涂等多项技术，虽然技术难度较低方法也比较灵活，但存在的问题是难以形成高密度的探针阵列，所以只能在较小规模上使用。最近我国学者已成功地将分子印章技术应用探针的原位合成而且取得了比较满意的结果。
3目标分子的标记也是一个重要的限速步骤，如何简化或绕过这一步现在仍然是个问题。目标分子与探针的杂交会出现一些问题：首先，由于杂交位于固相表面，所以有一定程度的空间阻碍作用，有必要设法减少这种不利因素的影响。Southern曾通过向探针中引入间隔分子而使杂交效率提高于150倍。其次，探针分子的GC含量、长度以及浓度等都会对杂交产生一定的影响，因此需要分别进行分析和研究。
4信号的获取与分析上，当前多数方法使用荧光法进行检测和分析，重复性较好，但灵敏仍然不高。正在发展的方法有多种，如质谱法、化学发光法等。基因芯片上成千上万的寡核苷酸探针由于序列本身有一定程度的重叠因而产生了大量的丰余信息。这一方面可以为样品的检测提供大量的难证机会，但同时，要对如此大量的信息进行解读，目前仍是一个艰巨的技术问题。
5基因芯片的特异性还有待提高。最近Affymetrix公司生产的基因芯片采用瓣的技术，已大大提高检测的特异性，估计在今后几年内基因芯片的特异性将大大提高。
6如何检测低丰度表达基因仍是目前一个重要问题。基因芯片要保证其特异性、但又要保证能检测低丰度表达的基因，目前尚未解决这一问题。因为许多低丰度表达的基因，也可能表达出主要执行效应功能的蛋白质。因为基因表达与蛋白质生成并不成比例。
上述问题不仅是当前和今后一段时期内国内外基因芯片技术研究的焦点，同时也是基因芯片能否从实验室研究推向临床应用的关键问题。
十一基因芯片技术的研究可能方向
纵观当前基因芯片的研究趋势，基因芯片在今后几年内可能的发展方向，可能有以下几个方面：
1．进一步提高探针阵列的集成度，如有多家公司的芯片阵列的集成度已达1.0×105左右，这样基因数量在1.0×105以下的生物体（大多数生物体）的基因表达情况只用一块芯片即可包括。
2提高检测的灵敏度和特异性。如检测系统的优化组合和采用高灵敏度的荧光标志。多重检测以提高特异性，减少假阳性。
4高自动化、方法趋于标准化、简单化，成本降低。价格高昂是目前推广应用的主要障碍之一，但随着技术的革新，基因芯片的价格将会大大降低。
5高稳定性。寡核苷酸探针、RNA均不稳定，易受破坏。而肽核酸（PNA）有望取代普通RNA/DNA探针，可以确保探针的高稳定性。
6研制新的应用芯片，如1999年美国环保局(EPA)组织专家研讨会，讨论了毒理学芯片的发展策略。近来多种新的生物芯片不断问世，这是物理学、生物学与计算机科学共同的结晶。
7研制芯片新检测系统和分析软件，以充分利用生物信息。
8芯片技术将与其它技术结合使用，如基因芯片PCR、纳米芯片等。
9不同生物芯片间综合应用，如蛋白质芯片与基因芯片间相互作用等，可用于了解蛋白质与基因间相互作用的关系。
当前，基因芯片数量呈几何级数在增长，功能也日益完善，但价格却大大降低。可以预见，基因芯片可能在未来3-5年，也即到2005年左右，将在医学和生物学领域中得到广泛应用，甚至普及使用！到2010年它可能成为常规的实验技术，正如个人电脑的迅速普及一样。
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